初探空气源热泵系统在某医院的优化设计

（厦门合道设计集团有限公司，福建 厦门 361000）

初探空气源热泵系统在某医院的优化设计

邓晓芳

（厦门合道设计集团有限公司，福建 厦门 361000）

本文结合某工程实例，针对某医院采用的空气源热泵系统的实际应用效果进行总结分析，根据实际的运行数据，从技术性和经济性两方面进行综合研究，探讨了空气源热泵系统在医院建筑中的优化设计。

空气源热泵；性能评估；优化设计

引言

医院建筑具有使用要求高、功能复杂、总体能耗大等特点。暖通空调系统能耗可占医院总能耗的50%以上，单位建筑面积的暖通空调能耗是办公建筑的1.6～2.0倍；其中空调冷热源的能耗约占暖通空调总系统能耗的50%，降低空调冷热源系统的能耗是空调节能的关键，也是医院节能的重点，人们在这方面开展了相关的研究工作。

1 项目概况

1.1 医院建筑能耗概况

该医院是位于福建某三级甲等医院。主要由病房楼、医技楼、门急诊楼、康复楼和行政办公楼等九栋建筑组成。其中病房楼需要全年供应生活用热水.夏季供冷、冬季供暖的空调系统都是全天24小时运行.其单位面积的空调系统能耗较高。改造前，医院的空调、生活热水等的供应源于能源中心的燃油锅炉和蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组。夏季通过燃油锅炉产生的蒸汽提供给溴化锂冷水机组制冷，冬季燃油锅炉提供蒸汽，进行热交换后，提供空调系统的供暖用热水；全年的生活用热水也是用燃油锅炉产生蒸汽作为热源。

1.2 医院改造方案

医院运营成本的不断攀升，给医院带来很大的负担，故而，该医院决定针对医院的住院病房的其中A，B，C号楼进行考察、改进。这三栋楼的建筑面积将近3万平米，空调协同及热水供应系统地耗能量非常大。该次调研中，分别将该三栋楼的空调及热水供应设备进行升级，均升级为两组空气源热泵机组。其中一组冬季热运行，夏季冷运行，可给楼中人员供热。另一组全年运行，负责给楼中用户提供热水。

2 空气源热泵系统的应用

此次改进同时满足了医院这三栋楼的热水供应及夏季供冷、冬季供暖的目的，给医院节省了大量的柴油及电力能源。以上空气源热泵机组中包含的两台设备采用如下所示的配置：

其一消耗10701124热量，输入功率是206/290kW。

其二消耗366/454热量，输入功率是102kW。

2.1 空调用冷热源系统

双螺杆压缩机的使用，使得空气源热泵机组在运行时没有那么大噪音、振动幅度小，并且具有较高的容积效率，负载大时可控制压缩机增大输出能量，反之则减少。壳管式热交换机以及内螺纹外螺旋无缝紫铜管均是效率较高的，故而该系统中水侧热交换器能够在高热效率的条件下运行；空气侧热交换器则是通过V型盘管样式的设计，来提高热量外散效率。此外，该机组采用并联的方式布置数台压缩机，系统地可靠性则是通过压缩机的冷媒回路来实现。

2.2 生活热水用热源系统

冬季时节，该系统能够同时提供生活热水及空调降温用的冷水，生活热水通过空调设备制热而非电加热的方式产生，并且能够在-5℃～-43℃的范围内自动切换热水供应模式来控制供应热水的温度。

2.3 节能量监测系统

图1 原水冷冷水机组供冷季耗电量

图2 改造前后水泵及冷却塔等设备耗电量

在改进后，该医院采用电表计量额度控制的方式来监控改进系统的运行，如果电表中计数有异常，则能够及时报警来提高医院设备的安全性。

3 空气源热泵系统的技术性能评估

3.1 节能量、节能率的确定方法

该医院在设备改进前后的柴油及电力能耗情况分别是由改进前后设备柴油耗油量及改进后新设备的电量计数得出。而实际情况是，该医院并没有实时地统计空调系统地电力消耗，在改进实施后，对锅炉柴油用量及改进设备的电量都进行了计量。故而改进前的电力消耗可通过设备在运行时的记录报表而分析机组及水泵等设备的额定功率、运行了多少时间、设备的负载情况计算得出，改进后除了上述方法计算水泵等没有计量耗电情况的设备的耗电量外，还需读取耗电计量的机组设备的耗电量。

表1 节能改造后的总节能量

图3 节能改造后的节能率

3.2 节能量、节能率的确定

（1）改造后的锅炉节能量

锅炉的节能量主要体现在三个方面：空气源热泵机组夏季替代蒸汽型溴化锂机组供冷。空气源热泵机组冬季替代锅炉供暖；空气源热泵热水机组全年替代锅炉制取生活用热水。节能改造前后锅炉柴油耗量均有数据记录，2009年柴油耗量1580t、2011年柴油量710t、其中节省柴油量870t、折合标煤量1267.677t。

改造后空气源热泵机组和热泵热水机组全年运行耗能节能改造后空气源热泵机组和热泵热回收机组安装了电表.故可通过计量数据统计分析得到其耗能量如下：

2011年机组耗电量2996640/kWh，折合标煤量898.992t。

在设备改进前，三栋楼中A楼采用两台蒸汽型溴化锂冷水机组来完成夏季制冷功能；B楼则是两台螺杆式水冷冷水机组来完成，C楼中只有7、8层是调研范围，只需一台螺杆式水冷冷水机组来完成夏季制冷的目的。三栋楼中的机组在改进前均未分项计量其耗电量，其改进前的耗电情况（如图1所示）可以通过改进后机组的运行数据从而推断改进前机组的负载情况，并根据机组运行时间及额定的输入功率计算得出。其具体的耗电情况如下所示：

2011年机组耗电量617980/kWh，折合标煤量185.394t。

（2）改造前后水泵及冷却塔等设备的耗电量（图2）

由于节能改造前后水泵及冷却塔等设备没有进行独立的分项计量，故根据改造后设备的运行时间和额定输入功率等来计算这些设备的耗电量。改造前后水泵及冷却塔等设备的耗电量如图2所示。

3.3 节能指标

（1）改造后的全年总节能量

该医院改造后全年总节能量为改造前后锅炉节能量、改造前螺杆式水冷冷水机组加蒸汽型溴化锂冷水机组、水泵以及冷却塔等设备的耗能量之和减去改造后空气源热泵机组、空气源热泵热水机组以及水泵等设备的耗能量。节能改造后全年总节能量详见表1。

（2）节能改造后的节能率（图3）

该节能改造项目实施后的节能率为21.6%。对比该地方标准《市级医疗机构建筑合理用能指南》DB31/T553—2012）中的三级甲等医院的能耗指标先进值为62kgce/（m2a），合理值为81kgce/（m2a），可见采用空气源热泵机组和热水机组后，该建筑的能耗介于两者之间。

表2 节能改造后全年节省运行费用

4 系统的经济性评估

4.1 评估方法的确定

分项计算设备的能耗值，将其与能耗单价的乘积，同改进前原设备的能耗值与能耗单价的乘积进行比较，就能得出此次改进工程的实施战果，继而评估该次设备改进项目的合同及工程费用的支付凭据。

4.2 全年节省的运行费用

上文中已经提到，电力及柴油是该医院设备运行的两大必须能源，在节能改造项目实施之后，医院在一年中的运行费用较改进前的节省值在表2中详细展示出来。

4.3 投资回收期的确定

项目改造的总投资约为600万元。全年节约运行费用310.03万元，其投资回收期约为2年。

结论

（1）医院中住院病房采用的供冷、供热设备在改进前、后的能耗值比较之后，得出改进后的设备能耗及运行费用结果基本正常，均在医院可接受的范围。不过，改进后需要全面考虑到建筑中的空调制冷、制热及热水供应系统的整体运行，使设备实现冷、热平衡的运行状态。

（2）改进后两种机组的结合，有效的提高了季节变换期间及设备存在空闲的前提下设备运行的效率，仍具有一定的优化可发展空间。

（3）当设备温度超过室外温度时，空气源热泵热水机组的工作效率受到很大的负面影响，此时需要面面俱到，综合分析全年室外气温变动情况，并考虑到机组设备在一年之中运行的时间，分析改进后系统地技术性及经济可行性，而不是仅凭短期的低效率就否定设备改进的可行性。

（4）另外，可以以水冷冷水机组同空气源热泵系统相结合的方式，来更进一步的改进，此时需要更深入的研究组合的最优化方案。

[1]朱薇,杨诚． 空气源热泵系统某医院空调工程设计实例[J]．科技风, 2012 （05）．

[2]刘东,施赟,王亚文,等． 空气源热泵系统在医院建筑中的应用研究——以某医院空气源热泵供冷和供热水系统为例[J]． 空调暖通技术, 2014 （01）：5-9．

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